Studienabschlussarbeiten

Konventionelle Fahrzeugantriebe beruhen auf der Verbrennung von fossilen Kraftstoffen und emittieren dadurch klimaschädliche Treibhausgase. Aus diesem Grund hat die Automobilindustrie in den letzten Jahren intensiv an alternativen Antriebskonzepten gearbeitet und sich auf die Entwicklung elektrisch betriebener Fahrzeuge fokussiert. Die Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH hat sich diesem Trend angeschlossen und etabliert am Standort Erlangen eine Vorserienfertigung zur Herstellung der Leistungselektronik im elektrischen Antriebsstrang. Die technischen Herausforderungen, die sich für eine leistungselektronische Baugruppe stellen, sind die Bauteilkomplexität und Realisierungskosten in der Produktion. Ziel dieser Arbeit ist es, den Weg zu einer verschwendungsarmen Produktion mittels der Wertstrommethode zu beschreiben. Die Wertstrommethode setzt sich aus der Wertstromanalyse und dem Wertstromdesign zusammen. Die Wertstromanalyse dient dazu, durch die Darstellung der IST-Materialflüsse und IST-Informationsflüsse Schwachstellen im Produktionsablauf zu erkennen. Aus den erkannten Problematiken werden anschließend in der Phase des Wertstromdesigns entsprechende SOLL-Zustände definiert. Hierbei kommen bekannte Methoden, wie zum Beispiel das 5S-Prinzip, zum Einsatz. Durch die Wertstrommethode ist eine Verbesserung des gesamten Produktionsablaufs möglich, da die Optimierung nicht nur auf punktueller Ebene stattfindet. Vielmehr werden die Zusammenhänge einzelner Prozessschritte untereinander beleuchtet und das optimale Zusammenspiel der Produktionsprozesse als erfolgsrelevante Faktoren in den Vordergrund gestellt.

Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit wird ein Hochgeschwindigkeits-3D-Sensor mit aktiver Musterprojektion charakterisiert. Anstelle zweier Kameras besitzt der Sensor ein Spiegelsystem zur Erzeugung von stereoskopischen Aufnahmen. Um Aufnahmen eines hochdynamisch bewegten Objekts realisieren zu können, ist ein quasistatischer Zustand zwischen Messsystem und Messobjekt während der Aufnahme einer Bildsequenz notwendig. Gleichzeitig muss die Musterprojektion in einer Geschwindigkeit stattfinden, die eine Veränderung der Projektion zwischen zwei Einzelbildern sicherstellt. Es wird eine Hochgeschwindigkeitskamera mit einer Aufnahmerate von bis zu 20 000 fps bei einer gleichzeitigen Auflösung von 1 024 px x 1 024 px und eine Hochgeschwindigkeitsprojektionseinheit in Form eines GOBO-Projektors verwendet. Nach einer Einarbeitung in die Thematik der bildverarbeitenden 3D-Messverfahren sowie einer Untersuchung der einzelnen Systemkomponenten des vorliegenden Messsystems erfolgt die Inbetriebnahme des Sensors. Dabei wird das System mithilfe der existierenden Einstell- und Justiermöglichkeiten auf präzise Messungen vorbereitet. Besonderer Fokus dieser Arbeit liegt auf der Optimierung des Sensors hinsichtlich seiner 3DMessgenauigkeit. Hierzu werden verschiedene Versuche durchgeführt, um die Einflüsse von Bildrate, Projektionsgeschwindigkeit, Blendeneinstellung der Kamera, Position und Orientierung des Messobjekts, Arbeitsabstand sowie Defokussierung der Projektionseinheit zu prüfen. Auch eine Messung einer dynamischen Szene wird absolviert, um einen Eindruck von den dynamischen Fähigkeiten des Messsystems zu gewinnen. Unter Beachtung der für die Versuche einzustellenden Aufnahme- und Projektionsparameter wird zudem eine Automatisierung des Prozesses von der Bilderfassung bis hin zum Erhalt der 3D-Datensätze der durchzuführenden Messreihe vorgenommen.

Durch die zunehmende Komplexität und Dynamik in der Logistik nimmt die Bedeutung von Voll- und Teilautomatisierungen der innerbetrieblichen Transportprozesse bei gleichzeitiger Forderung nach Flexibilität und reduzierten Personalkosten immer weiter zu. Sicherheit, Präzision, Transparenz und Vernetzung im Sinne von Industrie 4.0 in sich stetig verändernden Produktionsumgebungen zählen zu den entscheidenden Erfolgsfaktoren, weshalb fahrerlose Transportsysteme vermehrt an Popularität gewinnen. Verglichen mit herkömmlichen manuell geführten Systemen erzeugen diese jedoch oftmals einen hohen finanziellen und organisatorischen Aufwand in Bezug auf die Integrations- und Inbetriebnahmekosten sowie Anpassungen der logistischen Prozess- und Umgebungsstrukturen. Werden die für jeden Anwendungsfall individuellen Anforderungen und Einschränkungen nicht im Voraus ausgearbeitet und in die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung miteinbezogen, kann das Potenzial der Systeme unter Umständen nicht voll ausgeschöpft werden und eine Einführung ist mit unvorhergesehenen Kosten und Aufwänden verbunden. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung einer möglichen Automatisierung des derzeit anhand von personengeführten Flurförderzeugen ausgeführten Warenumschlags der Continental ContiTech AG am Standort Bad Blankenburg unter den Gesichtspunkten der Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Ausgehend von einer Analyse der aktuellen intralogistischen Prozesse und Materialflüsse mit Anknüpfung an das Zwischenlager sowie deren Durchsatzmengen wird ein Zielzustand hinsichtlich der zu automatisierenden Transportvorgänge definiert. Auf dessen Basis werden die daraus folgenden Herausforderungen im Hinblick auf die technischen und organisatorischen Anforderungen an Peripherie und Schnittstellen sowie potenzielle Maßnahmen zu deren Bewältigung erarbeitet. Darauf aufbauend erfolgen die entsprechende Anpassung des Lagerlayouts und ein Vergleich von relevanten Systemlösungen verschiedener Anbieter. Die anschließende Auswertung der Gegenüberstellung von Einsparpotenzialen und Investitionskosten des ausgewählten Systems anhand des konzerninternen Kalkulationsmodells zeigt, dass eine Integration von fahrerlosen Transportsystemen aufgrund der vorliegenden Randbedingungen zu diesem Zeitpunkt nicht als wirtschaftlich sinnvoll bewertet werden kann.

Im Zuge des Fertigungsschrittes Innenrundschleifen von Ventilsitzen, einem funktionswichtigen Bauteil im Benzineinspritzventil EV14, entsteht ein Grat an einer Bauteilinnenkante. Um diesen zu Entfernen wird der zusätzliche Bearbeitungsschritt Entgraten benötigt, welcher sowohl zeitintensiv ist als auch zusätzliche Kosten verursacht. In dieser Arbeit wird untersucht, ob die Gratentstehung beim Schleifen verhindert werden kann. Hierzu werden zunächst drei verschiedene Lösungsansätze erarbeitet und beschrieben. Im Anschluss wird eine Geometrieänderung der Bauteilkante als geeignetster Ansatz ausgewählt. Im Rahmen einer Toleranz- und Grenzlagenuntersuchung ergibt sich die Einbringung einer kleinsten und einer größtmöglichen Fase in den bestehenden Ventilsitz. Diese Modifikation der Bauteilgeometrie soll eine Gratbildung verhindern. Nach dem Schleif- sowie Waschprozess zeigen REM Aufnahmen der Teile mit kleiner Fase eine unzulässige Gratbildung, wohingegen die Grate der großen Fase innerhalb der akzeptablen Serientoleranzen liegen. Bis auf den unzulässigen Strahlwinkel der großen Fase bestehen keine Beeinträchtigungen der charakteristischen Funktionsgrößen bezüglich Aufbau und Funktion beider Fasentypen, jedoch ist eine weiterführende Untersuchung und Anpassung insbesondere der kleinen Fase für einen Entfall des Entgratprozesses nötig.

Der kontinuierliche Verbesserungsprozess der MDC Power GmbH aus Kölleda umfasst die Überprüfung sämtlicher Montage- und Fertigungsschritte. Durch jährlich variierende Zielvorgaben werden Kennzahlen angepasst und entsprechende Maßnahmen zur Erreichung getroffen. Eine besondere Rolle für einen produzierenden Betrieb spielt dabei die in Abhängigkeit zur Maschinenverfügbarkeit stehende GAE. Technische Defekte oder Werkzeugbruch führen zu Verfügbarkeitsverlusten bei Automatikanlagen. Um längere Ausfälle zu kompensieren, hat sich der Einsatz von Notstrategien bewährt. Diese bilden mit Hilfe von eigenen Vorrichtungen und den Einsatz von Arbeitskräften den Arbeitsablauf der Automatikstationen ab. Im Zuge der Masterarbeit wird ein funktionierendes Notkonzept für die Montage- und Fertigungsanlage KOP80 der Kurbelgehäuselinie erstellt, welches das Zuführen von Hauptlagerdeckeln und Schrauben zum Kurbelgehäuse, das Markieren der Deckel in einer definierten Reihenfolge, sowie das Gegenprüfen der montierten Bauteile abbildet. Aufgrund der vorhanden Bauteilvarianz wird zusätzlich zu den Arbeitsabläufen ein Logistikkonzept zur Sicherstellung der Versorgung realisiert. Um das Konzept in Zukunft umsetzen zu können, wird ein mobiler Arbeitsplatz, welcher die Anforderungen hinsichtlich Ergonomie, Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz, Wirtschaftlichkeit und Qualität erfüllt, aufgeplant.